Беседы об атомном ядре

А вот к чему. Единственная цель поисков чего-то общего между ядром и каплей состояла в том, чтобы, опираясь на эту аналогию, вычислить массу ядра, объяснить результаты ядерных реакций. То есть обойти главный недостаток ядерной физики — незнание закона ядерного взаимодействия.

Как только было доказано, что ядро аналогично капле воды, стало возможным пытаться примерять к нему и другие особенности этого макрообъекта и самую главную — поверхностное натяжение в капле.

Частицы воды, образующие поверхность капли, притягиваются внутренними молекулами и как бы стягивают эту поверхность, создавая вдоль нее натяжение. А может быть, и свойства ядра-капли тоже можно описать с помощью поверхностного натяжения?

А почему бы и нет! В этом-то и заключается изюминка капельной модели ядра!

Ядерные силы — короткодействующие. Значит, нуклоны на поверхности ядра так же испытывают притяжение со стороны внутренних частиц и тоже создают поверхностное натяжение. Следовательно, ядерные силы вполне можно представлять себе как поверхностное натяжение в ядре-капле.

С точки зрения взаимодействий между нуклонами ядро — это ринг, на котором постоянно противоборствуют электростатическое отталкивание и ядерное притяжение. Стабильное ядро — это ринг, где все раунды оканчиваются победой сил притяжения.

В теоретическом образе ядра-капли против электростатического отталкивания протонов, которое стремится разорвать каплю, выступает поверхностное натяжение.

На результат поединка эта формальная замена действия ядерных сил на поверхностное натяжение не оказывает никакого влияния, потому что новый участник, по сути дела, хорошо загримированный старый. Но физики сразу получили возможность вычислить, например, полную энергию ядра. К энергии отталкивания протонов прибавили энергию поверхностного натяжения, определять которую так же просто, как для капли воды.

Найденная по формуле А. Эйнштейна масса атомных ядер, соответствующая вычисленной энергии, неплохо согласовалась с экспериментальными значениями.

Это была первая крупная удача теории — награда за подсмотренную качественную аналогию между атомным ядром и каплей жидкости, разница в природе между которыми поистине огромна.

Плотности ядерного вещества и капли воды просто несоизмеримы: ядерное вещество в 10¹⁴ раз плотнее!

Несравнимы и величины поверхностного натяжения. Если на рамку шириной в 10 сантиметров с подвижной нижней проволокой натянуть мыльную пленку, то ее поверхностное натяжение вполне уравновесит грузик весом в один-полтора грамма. А поверхностное натяжение пленки из нуклонов, если бы ее можно было натянуть на ту же рамку, уравновесил бы груз весом не менее двухсот миллиардов тонн!

Первым, кто угадал подобие столь разных «вещей», был известный физик-теоретик Г. Гамов. Он успешно воспользовался им для создания теории радиоактивного альфа-распада. Однако триумфом этой замечательной идеи стало объяснение реакции деления ядер урана.

За 28 лет, что прошли после открытия ядра, физики приобрели некоторый опыт в общении с микромиром. И к новым ядерным реакциям, с которыми то и дело сталкивались экспериментаторы, работающие на ускорителе, относились уже довольно спокойно и сдержанно. Почему же такую суматоху и возбуждение вызвали на первых порах полученные Э. Ферми результаты в опытах с поглощением тепловых нейтронов ядрами урана? Почему ученым так трудно было решиться на то, чтобы сказать: «ядро урана разделилось на два более легких»? Ответ прост — новое явление противоречило всему, небольшому правда, опыту ядерной физики.

Два миллиона электрон-вольт требовалось для расщепления такой непрочно связанной системы из одного протона и одного нейтрона, как ядро тяжелого изотопа водорода — дейтерия. А в более тяжелых ядрах на отрывание одной частицы надо было затратить энергию в три или четыре раза большую. Первый же ускоритель протонов, запущенный в 1931 году в лаборатории Э. Резерфорда, разгонял частицы всего лишь до энергии в один миллион электрон-вольт.

Снарядом такой малой мощности расщепить очень тяжелые ядра, и в частности ядра урана, не приходилось и мечтать. И вдруг почти без всяких затрат энергии, «бесплатно», ядро урана ни с того ни с сего расщепилось на две части. Как мог один-единственный медленный нейтрон, присоединившийся к 250 нуклонам ядра урана, привести его к катастрофе?

Известный советский физик-теоретик Я. Френкель, ученый, которому в большой степени был присущ образный подход к описанию физических явлений, обратил внимание на то, что основные особенности деления урана можно понять, если вновь воспользоваться аналогией с поведением капли воды.

В народе говорят, что трясогузка весной хвостом лед на реке разбивает. Конечно, когда все готово к началу ледохода, «поможет» и трясогузка.